JP5880828B2

JP5880828B2 - 自動変速機のクラッチ制御装置

Info

Publication number: JP5880828B2
Application number: JP2011270213A
Authority: JP
Inventors: 哲郎小関
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: JP2013122262A

Description

本発明は自動変速機のクラッチ制御装置に係り、詳しくは手動変速機をベースとして変速操作及びクラッチ操作を自動化した自動変速機に用いられるクラッチの制御装置に関する。

近年では乗用車のみならずトラックやバスなどの大型車両においても、運転者のアクセル操作量や車速などに応じて変速段を自動的に切り換える自動変速機が普及している。この種の自動変速機の形式としては、例えばトルクコンバータに遊星歯車機構を組み合わせた自動変速機やベルト式などの無段変速機の他に、従来からの機械式の手動変速機をベースとして変速操作及び変速に伴うクラッチ操作をアクチュエータにより自動化した自動変速機が存在する（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に開示された自動変速機では、アクセル開度や車速などに基づき予め設定されたシフトマップから目標変速段を決定し、この目標変速段に基づき変速機の変速段を切り換えている。例えば車両の加速中において現変速段よりも高いギヤが目標変速段としてシフトマップから決定されたときには、まずクラッチを切断し、次いで現変速段を目標変速段に切り換えた上で、クラッチを接続する一連の操作を実行している。

特開２００４−２７０８１２号公報

ところで、切断時及び接続時のクラッチは、滑りを伴う所謂半クラッチ状態を経て接続状態から切断状態に、或いは切断状態から接続状態に切り換えられる。このときのクラッチの操作速度が速過ぎると断接時にショックを発生し、逆にクラッチの操作速度が遅過ぎると変速時間が長引き、何れの場合も変速フィーリングを悪化させる要因になる。
例えば上記特許文献１の技術において変速に伴ってクラッチを切断する際には、まずクラッチを所定速度で切断方向に操作し、その後にクラッチトルク（クラッチを介して伝達されるトルク）が十分に低下してショック発生の虞が無くなった所定タイミングで、クラッチの操作速度を増加させて切断を完了している。

即ち、クラッチの切断操作の開始から所定タイミングまで一定の操作速度を一義的に適用するだけのため、ショックを抑制すべくクラッチ操作速度を低下させれば変速時間が長引き、変速時間を短縮化すべくクラッチ操作速度を増加させればショックを生じてしまう。よって、クラッチ切断時のショック抑制と変速時間の短縮化とがトレードオフの関係になり、双方を共に満足することができなかった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、変速操作に伴うクラッチ切断時のクラッチ操作速度を適切に制御して、ショックを発生することなく迅速にクラッチを切断でき、もってクラッチ切断時のショック抑制と変速時間の短縮化とを両立して変速フィーリングを向上することができる自動変速機のクラッチ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、変速制御手段による変速機の変速操作に先行してクラッチ駆動手段によりクラッチを切断操作し、変速操作の完了後にクラッチ駆動手段によりクラッチを接続操作する自動変速機のクラッチ制御装置において、クラッチの入出力回転速度に基づきクラッチの滑り状態と相関する滑り指標を算出するクラッチ滑り指標算出手段と、クラッチ駆動手段によるクラッチの切断方向への操作中に、クラッチ滑り指標算出手段により算出された滑り指標に基づきクラッチが滑りを生じた半クラッチ状態になったか否かを判定する半クラッチ状態判定手段と、半クラッチ状態判定手段により半クラッチ状態の判定が下されたときにクラッチ駆動手段によるクラッチの操作速度を増加するクラッチ操作速度制御手段とを備えたものである。
請求項２の発明は、請求項１において、クラッチ操作速度制御手段が、半クラッチ状態の判定が下されたときに、クラッチの操作速度を所定の変化率で連続的に増加させるものである。

以上説明したように請求項１の発明の自動変速機のクラッチ制御装置によれば、クラッチ駆動手段によるクラッチの切断方向への操作中にクラッチの入出力回転速度に基づきクラッチの滑り状態と相関する滑り指標を算出し、この滑り指標に基づきクラッチが半クラッチ状態になったか否かを判定し、半クラッチ状態の判定を下したときにクラッチ駆動手段によるクラッチの操作速度を増加させるようにした。
クラッチの半クラッチ状態では、切断方向への操作速度を増加しても大きなショックを発生することがなく、一方、操作速度の増加によりクラッチの切断完了のタイミングが速められる。よって、クラッチ切断時のショック抑制と変速時間の短縮化とを両立でき、もって変速フィーリングを向上することができる。

請求項２の発明の自動変速機のクラッチ制御装置によれば、請求項１に加えて、半クラッチ状態の判定が下されたときに、クラッチの操作速度を所定の変化率で連続的に増加させるようにした。従って、半クラッチ状態の判定時にはクラッチの操作速度が所定の変化率で連続的に増加されるため、ショック抑制と変速時間の短縮化とをより高次元で両立することができる。

実施形態の自動変速機のクラッチ制御装置が適用されたトラックの駆動系を示す全体構成図である。変速操作の開始に伴ってクラッチ装置を切断操作したときのＥＣＵによるクラッチ制御状態を示すタイムチャートである。同じくクラッチ装置を切断操作したときのＥＣＵによるクラッチ制御状態の別例を示すタイムチャートである。

以下、本発明を具体化した自動変速機のクラッチ制御装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の自動変速機のクラッチ制御装置が適用されたトラックの駆動系を示す全体構成図である。
車両には走行用動力源としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１が搭載されている。エンジン１の出力軸１ｂにはクラッチ装置２を介して自動変速機（以下、単に変速機という）３の入力軸３ａが接続され、クラッチ装置２の接続時にエンジン１の回転が変速機３に伝達されるようになっている。当該変速機３は、前進６段及び後退１段を備えた手動式変速機をベースとしたものであり、以下に述べるように、その変速操作及び変速に伴うクラッチ装置２の断接操作を自動化したものである。

クラッチ装置２は、フライホイール４にクラッチ板５をプレッシャスプリング６により圧接させて接続される一方、フライホイール４からクラッチ板５を離間させることにより切断される摩擦式クラッチとして構成されている。クラッチ板５にはアウタレバー７を介してエアシリンダ８が連結され、エアシリンダ８には電磁弁９が介装されたエア通路１０を介して圧縮エアを充填したエアタンク１１が接続されている。
電磁弁９の開弁時にはエアタンク１１からエア通路１０を介してエアシリンダ８（クラッチ駆動手段）に圧縮エアが供給され、エアシリンダ８が作動してアウタレバー７を介してクラッチ板５をフライホイール４から離間させ、これによりクラッチ装置２が接続状態から切断状態に切り換えられる。一方、電磁弁９が閉弁すると、圧縮エアの供給中止によりエアシリンダ８が作動しなくなることから、クラッチ板５はプレッシャスプリング６によりフライホイール４に圧接され、これによりクラッチ装置２は切断状態から接続状態に切り換えられる。このように電磁弁９の開閉に応じてエアシリンダ８が作動して、クラッチ装置２を自動的に断接操作可能になっている。

変速機３には変速段を切り換えるためのギヤシフトユニット１４が設けられ、図示はしないがギヤシフトユニット１４は、変速機３内の各変速段に対応するシフトフォークを作動させる複数のエアシリンダ、及び各エアシリンダを作動させる複数の電磁弁を内蔵している。ギヤシフトユニット１４はエア通路１２を介して上記したエアタンク１１と接続されており、各電磁弁の開閉に応じてエアタンク１１からの圧縮エアが対応するエアシリンダに供給され、そのエアシリンダが作動して対応するシフトフォークを切換操作すると、切換操作に応じて変速機３の変速段が切り換えられる。このようにギヤシフトユニット１４の電磁弁の開閉に応じてエアシリンダが作動して、変速機３を自動的に変速操作可能になっている。

車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭなど）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタなどを備えたＥＣＵ（制御ユニット）２１が設置されており、エンジン１、クラッチ装置２、変速機３の総合的な制御を行う。
ＥＣＵ２１の入力側には、エンジン１の回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ２２、変速機３の入力軸３ａの回転速度（クラッチ回転速度Ｎc）を検出するクラッチ回転速度センサ２３、運転席に設けられたチェンジレバー１３の切換位置を検出するレバー位置センサ２４、変速機３のギヤ位置を検出するギヤ位置センサ２５、アクセルペダル２６の操作量Ａccを検出するアクセルセンサ２７、変速機３の出力軸３ｂに設けられて出力軸回転速度Ｖss（車速Ｖと相関する）を検出する車速センサ２８、及びフットブレーキ２９の操作を検出するブレーキスイッチ３０などのセンサ類が接続されている。

また、ＥＣＵ２１の出力側には、上記したクラッチ装置２の電磁弁９、ギヤシフトユニット１４の各電磁弁などが接続されると共に、図示はしないが、エンジン１の燃料噴射弁などが接続されている。なお、このように単一のＥＣＵ２１で総合的に制御することなく、例えばＥＣＵ２１とは別にエンジン制御専用のＥＣＵを備えるようにしてもよい。

そして、例えばＥＣＵ２１は、エンジン回転速度センサ２２により検出されたエンジン回転速度Ｎe及びアクセルセンサ２７により検出されたアクセル操作量Ａccに基づき、図示しないマップからエンジン１の各気筒への燃料噴射量を算出すると共に、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量Ｑに基づき図示しないマップから燃料噴射時期を算出する。そして、これらの算出値に基づき各気筒の燃料噴射弁を駆動制御しながらエンジン１を運転する。
また、ＥＣＵ２１は、レバー位置センサ２４によりチェンジレバー１３のＤレンジへの切換が検出されているときには自動変速モードを実行し、アクセル操作量Ａcc及び車速センサ２８により検出された車速Ｖに基づき、図示しないシフトマップから目標変速段を算出する。そして、クラッチ装置２の電磁弁９を開閉してエアシリンダ８によりクラッチ装置２を断接操作させながら、ギヤシフトユニット１４の所定の電磁弁を開閉してエアシリンダにより対応するシフトフォークを切換操作して変速段を目標変速段に切り換え（変速制御手段）、これにより常に適切な変速段をもって車両を走行させる。

変速機３の変速に際しては、これに先行してクラッチ装置２が切断操作されるが、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、特許文献１の技術では、クラッチ切断操作の開始からクラッチトルクが十分に低下する所定タイミングまで一定速度でクラッチを切断方向に操作するため、クラッチ切断時のショック抑制と変速時間の短縮化とを共に満足できないという問題があった。
ここで、本発明者は、クラッチ切断操作の開始から所定タイミングまでの期間中にもクラッチ装置２の操作速度を速められる余地が存在することを見出した。より詳しくは、変速操作の開始から所定タイミングまでの期間において、クラッチ装置２は滑りを生じない接続状態から滑りを生じた半クラッチ状態へと移行し、半クラッチ状態ではクラッチ装置２の操作速度が多少速くても大きなショックは発生せず、操作速度を速める余地がある。このような知見の下で、本実施形態では切断中のクラッチ装置２の回転差ΔＮに基づき操作速度を切り換えており、以下、ＥＣＵ２１によって実行されるクラッチ制御について詳述する。

図２は変速操作の開始に伴ってクラッチ装置２を切断操作したときのＥＣＵ２１によるクラッチ制御状態を示すタイムチャートである。
シフトマップに基づき目標変速段が切り換えられると（ポイントａ）、変速機３の変速操作に先行して、クラッチ装置２はエアシリンダ８の駆動により予め設定された一定の操作速度ａ1で切断側に操作され始める。これに伴ってクラッチストローク（＝エアシリンダ８の操作量）は、次第に切断方向(以下、増加方向と表現する)に変化する。このとき変速操作に備えてエンジントルクＴeは次第に低下方向に制御され、これと対応してクラッチ装置２を介して伝達されるクラッチトルクＴcも次第に低下方向に制御される。
クラッチストロークの増加により何れかの時点でクラッチ入出力間に滑りが生じ（ポイントｂ）、クラッチ入力側のエンジン回転速度Ｎeと出力側のクラッチ回転速度Ｎcとの間に回転差ΔＮ（滑り指標）が発生する。クラッチ滑りと共に回転差ΔＮは次第に増加し、このときの回転差ΔＮはＥＣＵ２１により逐次算出される（クラッチ滑り指標算出手段）。

そして、回転差ΔＮが予め設定された判定値ΔＮ0を超えると（ポイントｃ）、クラッチ装置２が半クラッチ状態になったと見なされて（半クラッチ状態判定手段）、ＥＣＵ２１によりクラッチ装置２の操作速度がａ1からａ2（＞ａ1）に切り換えられる（クラッチ操作速度制御手段）。判定値ΔＮ0は、クラッチ装置２に滑りが生じたことを確実に判定するために０より若干大きな値として設定されている。但し、判定値ΔＮ0を０として、クラッチ装置２が半クラッチ状態になったとき直ちにクラッチ装置２の操作速度を増加側に切り換えてもよい。
なお、本実施形態では、クラッチ滑りと相関する滑り指標としてクラッチ入出力間の回転差ΔＮを用いたが、これに限ることはない。例えばエンジン回転速度Ｎeとクラッチ回転速度Ｎcとの比を用いてもよい。

エアシリンダ８によるクラッチ装置２の操作速度は増加し、クラッチ装置２はより迅速に切断方向に操作されるようになる。クラッチ装置２の入出力間の滑りは次第に増加し、それに伴ってクラッチトルクＴcは次第に低下して何れかの時点で０になり（ポイントｄ）、以降はショック発生の虞が無くなる。
このようなクラッチトルクＴcが０まで低下した直後として所定タイミングが予め設定されており、例えばクラッチストロークが所定の判定値ＳＴ0まで増加した時点で所定タイミングに到達したと見なされ（ポイントｅ）、クラッチ装置２の操作速度はａ2からａ3（＞ａ2）に切り換えられる。以降はショック抑制を配慮する必要がないため、操作速度ａ3は十分に大きな値に設定されている。このためクラッチ装置２は一層迅速に切断側に操作されて、切断完了に至る（ポイントｆ）。

なお、クラッチ装置２の操作速度ａ3に増加させるタイミングは上記に限るものではなく、例えばクラッチトルクが０まで低下した時点を所定タイミングと見なして操作速度ａ3に増加させてもよい。
以上のクラッチ装置２の切断操作の直後に変速機３が現変速段から目標変速段に切り換えられ、引き続いてクラッチ装置２が接続操作されるが、この点は一般的な制御内容と相違ないため、詳細な説明は省略する。

図２では、特許文献１の技術を二点鎖線で併記しているが、クラッチ切断開始から所定タイミングまで操作速度ａ1を適用し続けている。このためクラッチ切断完了のタイミングは本実施形態のタイミングに比較して大幅に遅れ、必然的にその後の変速操作及びクラッチ接続操作も大幅に遅れて、全体としての変速時間が長引いてしまうことが判る。また、その対策として単にクラッチ操作速度ａ1を増加させただけでは、ショック発生の要因になることは明らかである。
以上のように本実施形態の自動変速機のクラッチ制御装置によれば、クラッチ装置２の切断を開始して入出力間の回転差ΔＮが所定の判定値ΔＮ0を超えたときに、エアシリンダ８によるクラッチ装置２の操作速度をａ1からａ2に増加させている。そして、この時点のクラッチ装置２は半クラッチ状態になっているため、操作速度を増加しても大きなショックを発生することがなく、一方、操作速度の増加によりクラッチ装置２の切断完了のタイミングを大幅に速めることができる。結果として、クラッチ切断時のショック抑制と変速時間の短縮化とを両立でき、もって変速フィーリングを向上することができる。

ところで、本実施形態では、クラッチ装置２の入出力間の回転差ΔＮが判定値ΔＮ0を超えた時点でクラッチ操作速度をａ1からａ2にステップ的に増加させたが、本発明はこれに限定されるものではない。半クラッチ状態の領域中においても特にクラッチ入出力間の回転差ΔＮが大になるほどショックは発生し難くなる。そこで、例えば回転差ΔＮの増加に応じてクラッチ操作速度を連続的に増加側に設定し直してもよい。
図３はこのようなクラッチ制御を実行したときのタイムチャートを示しており、回転差ΔＮが判定値ΔＮ0を超えると（ポイントｃ）、クラッチ操作速度をａ1から所定の変化率で連続的に増加側に設定させている（クラッチ操作速度制御手段）。このため、ショック抑制と変速時間の短縮化とをより高次元で両立することができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではトラックに適用したが、これに限ることはなくバスや乗用車に適用したりしてもよい。

２クラッチ装置（クラッチ）
８エアシリンダ（クラッチ駆動手段）
２１ＥＣＵ（変速制御手段、滑り指標算出手段、半クラッチ判定手段、クラッチ操作速度制御手段）

Claims

変速制御手段による変速機の変速操作に先行してクラッチ駆動手段によりクラッチを切断操作し、該変速操作の完了後に上記クラッチ駆動手段により上記クラッチを接続操作する自動変速機のクラッチ制御装置において、
上記クラッチの入出力回転速度に基づき該クラッチの滑り状態と相関する滑り指標を算出するクラッチ滑り指標算出手段と、
上記クラッチ駆動手段による上記クラッチの切断方向への操作中に、上記クラッチ滑り指標算出手段により算出された滑り指標に基づき上記クラッチが滑りを生じた半クラッチ状態になったか否かを判定する半クラッチ状態判定手段と、
上記半クラッチ状態判定手段により半クラッチ状態の判定が下されたときに上記クラッチ駆動手段による上記クラッチの操作速度を増加するクラッチ操作速度制御手段と
を備えたことを特徴とする自動変速機のクラッチ制御装置。
上記クラッチ操作速度制御手段は、上記半クラッチ状態の判定が下されたときに、上記クラッチの操作速度を所定の変化率で連続的に増加させることを特徴とする請求項１記載の自動変速機のクラッチ制御装置。